遠距離室內測溫系統(tǒng)說明書

1、第一章 遠距離室內溫度測量系統(tǒng)1.1遠距離室內溫度測量系統(tǒng)簡介溫度是工業(yè)生產(chǎn)中常見的工藝參數(shù)之一，而且在許多的工程項目中溫度指標也是不可或缺的重要參數(shù)。因此，準確、方便地獲取溫度就顯得尤為重要。通常在工程項目中可能要測量多點的溫度值，這就需要鋪設大量的電纜，如果現(xiàn)場環(huán)境惡劣也會帶來很大的難題，而且傳統(tǒng)的溫度測量只適用在靜止的物體測量上。采用無線測溫方案能很好的解決這些問題。無線溫度測量系統(tǒng)的構成主要有兩大部分：上位機微處理器控制系統(tǒng)、下位機測量系統(tǒng)。上位機微處理器控制系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心，是負責與下位機通信并完成顯示任務和控制功能的，具體由顯示芯片、單片機和無線收發(fā)芯片三部分組成。下位機測量系統(tǒng)負

2、責對測量點的溫度測量，并根據(jù)上位機的控制要求，把測量點的信息返回給上微機控制系統(tǒng)，具體由無線收發(fā)芯片，單片機，溫度測量設備來完成。1.2各模塊及工作原理圖DS18B20型單總線智能溫度傳感器屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠等特點。DS18B20的測溫范圍從-55至+125，并通過簡單的編程實現(xiàn)9-12位的數(shù)字讀數(shù)方式，可以分別在93.75ms和750ms內完成溫度值轉換和讀取。DS18B20外形簡單且體積小，它只有三只管腳，分別是電源引腳VCC、接地引腳GND和輸入/輸出引腳D

3、Q，僅通過單線接口DQ就可以完成于單片機的信息交流。工作原理圖如下：無線溫度采集系統(tǒng)是一種基于射頻技術的無線溫度檢測裝置。本系統(tǒng)由傳感器和接收機，以及顯示芯片組成。傳感器部分由數(shù)字溫度傳感器芯片18B20，單片機89C52和低功耗傳輸單元NRF24L01等組成，傳感器采用電源供電；接收機無線接收來自傳感器的溫度數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理、保存后在數(shù)碼管上顯示，存儲的溫度數(shù)據(jù)通過無線模塊的發(fā)射端與接收端進行交換。工作原理圖如下：- 1 - / 12本系統(tǒng)的溫度采集與顯示，無線的傳輸與對比均由單片機89C52來控制完成。AT89C52不僅和80S51指令、管腳完全兼容，而且其片內的4K程序存儲器是FLASH工

4、藝的，這種工藝的存儲器用戶可以用電的方式瞬間擦出、改寫，一般專為ATMEL AT89Cxx做的編程器均帶有這些功能。這種單片機對開發(fā)設備的要求低，開發(fā)時間也大大縮短。工作原理圖如下：經(jīng)過無線傳輸后，溫度數(shù)據(jù)信息將在共陰極數(shù)碼管上進行顯示，工作原理圖如下：第二章 DS18B20單線數(shù)字溫度傳感器2.1 DS18B20簡介DS18B20的特性常用的溫度檢測元件主要有熱電偶、熱敏電阻、熱電阻Pt100等。熱電偶式傳感器體積較大H變化率小導致靈敏度比較低；熱敏電感測量的穩(wěn)定性和復現(xiàn)性差，且變化率非線性；熱電阻Pt100的缺點就是熱響應比較慢，成品高。本系統(tǒng)采用的DALLAR半導體公司的單總線數(shù)字式只能

5、溫度傳感器DS18B20很好的改善了這些問題。DS18B20型單總線智能溫度傳感器屬于新一代適配微處理器的智能溫度傳感器，可廣泛用于工業(yè)、民用、軍事等領域的溫度測量及控制儀器、測控系統(tǒng)和大型設備中。它具有體積小，接口方便，傳輸距離遠等特點。DS18B20的測溫范圍從-55至+125，并通過簡單的編程實現(xiàn)9-12位的數(shù)字讀數(shù)方式，可以分別在93.75ms和750ms內完成溫度值轉換和讀取。DS18B20外形簡單且體積小，它只有三只管腳，分別是電源引腳VCC、接地引腳GND和輸入/輸出引腳DQ，僅通過單線接口DQ就可以完成于單片機的信息交流。說明DS18B20通過一個單線接口發(fā)送或接受信息，因此在

6、中央微處理器和DS18B20之間僅需一條連接線（加上地線）。用于讀寫和溫度轉換的電源可以從數(shù)據(jù)線本身獲得，無需外部電源。 因為每個DS18B20都有一個獨特的片序列號，所以多只DS18B20可以同時連在一根單線總線上，這樣就可以把溫度出傳感器放在許多不同的地方。這一特性在HVAC環(huán)境控制、探測建筑物、儀器或機器的溫度以及過程檢測和控制等方面非常有用。引腳說明16腳SS0PPR35符號說明91GND接地82DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出腳。對于單線操作：漏極開路。73VDD可選的VDD引腳。2.2 DS18B20的工作原理測溫操作DS18B20通過一種偏上溫度測量技術來測量溫度。圖4示出了溫度測量電路的方框

7、圖。溫度/數(shù)據(jù)關系溫度數(shù)據(jù)輸出（二進制）數(shù)據(jù)輸出（十六進制）+12500000000 1111101000FA+2500000000 001100100032+1/200000000 000000010001000000000 000000000000-1/211111111 11111111FFFF-2511111111 11001110FFCE-5511111111 10010010FF92DS18B20是這樣測溫的：用一個高溫度洗漱的振蕩器確定一個門周期，內部計數(shù)器在這個門周期內對一個低溫度系數(shù)的振蕩器的脈沖進行計數(shù)來得到溫度值。計數(shù)器被預置到對應于-55的一個值。如果計數(shù)器在門周期結束

8、前到達0，則溫度寄存器（同樣被預置到-55）的值增加，表明所測溫度大于-55。同時，計數(shù)器被復位到一個值，這個值由斜坡式累加器電路確定，斜坡式累加器電路用來補償感溫振蕩器的拋物線特性。然后計數(shù)器又開始計數(shù)知道0，如果門周期仍未結束，將重復這一過程。斜坡式累加器用來補償感溫振蕩器的非線性，以期在測溫時獲得比較高的分辨力。這是通過改變計數(shù)器對溫度每增加一度所需計數(shù)的值來實現(xiàn)的。因此，要想獲得所需的分辨力，必須同時知道在給定溫度下計數(shù)器的值和每一度的計數(shù)值。DS18B20內部對此計算的結果可提供0.5的分辨力。溫度以16bit帶符號位擴展的二進制補碼形式讀出，表1給出了溫度值和輸出數(shù)據(jù)的關系。數(shù)據(jù)通

9、過單線接口一串行方式傳輸。DS18B20測溫范圍-55+125，一0.5遞增。如用于華氏溫度，必須要用一個轉換因子查找表。注意DS18B20內溫度表示為1/2LSB，如下所示9bit格式：最高有效（符號）位被幅值充滿存儲器中兩個字節(jié)溫度寄存器的高MSB位，由這種“符號位擴展”產(chǎn)生出了示于表1的16bit溫度讀數(shù)。第三章 遠距離無線傳輸3.1 NRF24L01簡介產(chǎn)品特性2.4GHz全球開放ISM頻段，最大0dBm發(fā)射功率，免許可證使用；支持六路通道的數(shù)據(jù)接收。低工作電壓：1.93.6V低電壓工作高速率：2Mbps，由于空中傳輸時間很短，極大的降低了無線傳輸中的碰撞現(xiàn)象（軟件設置1Mbos或者2

10、Mbps的空中傳輸速率）多頻點：125頻點，滿足多點通信和跳頻通信需要超小型；neizhi 2.4GHz天線，體積小巧，15×29mm（包括天線）低功耗：當工作在應答模式通信時，快速的空中傳輸及啟動時間，極大的降低了電流消耗。低應用成本：NRF24L01集成了所有與RF協(xié)議相關的高速信號處理部分，比如：西東重發(fā)丟失數(shù)據(jù)飽和自動產(chǎn)生應答信號等，NRF24L01的SPI接口可以利用單片機的硬件SPI口連接或用單片機I/O口進行莫伊，內部有FIFO可以與各種高低速微處理器接口，便于使用低成本單片機自動重發(fā)功能，自動檢測和重發(fā)丟失的數(shù)據(jù)包，重發(fā)時間及重發(fā)次數(shù)可軟件控制自動存儲未收到應答信號的

11、數(shù)據(jù)包自動應答功能，在收到有效數(shù)據(jù)后，模塊自動發(fā)送應答信號，無須另行編程載波檢測CRC檢測和點對多點通信地址控制數(shù)據(jù)包傳輸錯誤計數(shù)器及載波檢測功能可用于跳頻設置可同時設置流露接收通道地址，可有選擇性的打開接收通道標準插針Dip2.54MM間距接口，便于嵌入式應用基本電氣特性參數(shù)數(shù)值單位供電電壓1.93.6VV最大發(fā)射功率0dBm最大數(shù)據(jù)傳輸率2000Kbps發(fā)射模式下，電流消耗（0dBm）11.3mA接收模式下電流消耗（2000kbps）12.3mA溫度范圍-40+85數(shù)據(jù)傳輸率為1000kbps下的靈敏度-85dBm掉電模式下電流消耗900nA模塊結構和引腳說明說明：1） VCC腳接電壓范圍

12、為1.93.6V之間，不能在這個區(qū)間之外，超過3.6V將會燒毀模塊。推薦電壓3.3V左右。2） 除電源VCC和接地端，其余腳都可以直接和普通的5V單片機IO口直接相連，無需電平轉換。當然對3V左右的單片機更加適用了。3） 硬件上面沒有SPI的單片機也可以控制本模塊，用普通單片機IO口模擬SPI不需要單片機真正的串口接入，只需要普通的單片機IO口就可以了。與51系列單片機PO口連接時需要加10K的上拉電阻，其余連接不需要。3.2 NRF24L01工作方式NRF24L01有四種工作模式：收發(fā)模式、配置模式、空閑模式、關機模式。工作模式由PWR_UP register、PRIM_RX registe

13、r和CE決定，詳見下表:模式PWR_UPPRIM_RXCEFIFO寄存器狀態(tài)接收模式111-發(fā)射模式101數(shù)據(jù)在TX FIFI寄存器中發(fā)射模式1010停留在發(fā)射模式，直至數(shù)據(jù)發(fā)送完待機模式2101TX FIFO為空待機模式11-0無正在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)掉電模式0-3.2.1 Enhanced ShockBurstTM收發(fā)模式Enhanced ShockBurstTM收發(fā)模式下，使用片內的先入先出堆棧區(qū)，數(shù)據(jù)低速從微控制器送入，但高速（1Mbps）發(fā)射，這樣可以盡量節(jié)能，因此，使用低速的微控制器也能得到很高的射頻數(shù)據(jù)發(fā)射速率。與射頻協(xié)議相關的所有高速信號處理都在片內進行，這種做法有三大好處：盡量節(jié)能；

14、低的系統(tǒng)費用（低速微處理器也能進行高速射頻發(fā)射）；數(shù)據(jù)在空中停留時間短，抗干擾性高。Enhanced ShockBurstTM技術同時也減小了整個系統(tǒng)的平均工作電流。在Enhanced ShockBurstTM收發(fā)模式下，NRF24L01自動處理字頭和CEC校驗碼。在接收數(shù)據(jù)時，自動把字頭和CRC校驗碼移去。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，自動加上字頭和CRC校驗碼，在發(fā)送模式下，置CE為高，至少10s,將時發(fā)送過程完成。Enhanced ShockBurstTM發(fā)射流程A 把接收機的地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)按時序送入NRF24L01；B 配置CONFIG寄存器，使之進入發(fā)送模式；C 微控制器把CE置高（至少10s）

15、，激發(fā)NRF24L01進行Enhanced ShockBurstTM發(fā)射；D NRF24L01的Enhanced ShockBurstTM發(fā)射(1)給射頻前端供電；(2)射頻數(shù)據(jù)打包(加字頭、CRC校驗碼)；(3)高速發(fā)射數(shù)據(jù)包；(4)發(fā)射完成，NRF24L01進入空閑狀態(tài)。Enhanced ShockBurstTM接收流程A 配置本機地址和要接收的數(shù)據(jù)包大?。籅 配置CONFIG使之進入接收模式，把CE置高。C 130s后，NRF24L01進入監(jiān)視狀態(tài)，等待數(shù)據(jù)包的到來；D 當接收到正確的數(shù)據(jù)包（正確的的地址和CRC校驗碼），NRF24L01自動把字頭、地址和CEC校驗位移去；E NRF24

16、L01通過把STATUS寄存器的RX_DR職位（STATUS一般引起微控制器中斷）通知微控制器；F 微控制器把數(shù)據(jù)從NewMsgRF24L01讀出；G 所有數(shù)據(jù)讀取完畢后，可以清楚STATUS寄存器。NRF24L01可以進入四種主要的模式之一。3.2.2 空閑模式NRF24L01的空閑模式是為了減小平均工作電流而設計，其最大的優(yōu)點是，實現(xiàn)節(jié)能的同時，縮短芯片的啟動時間。在空閑模式下，部分片內晶振仍在工作，此時的工作電流跟外部晶振的頻率有關。3.2.3 關機模式在關機模式下，為了得到最小的工作電流，一般此時的工作電流為900nA左右。關機模式洗啊，配置字的內容也會被保持在NRF24L01片內，這

17、是該模式與斷電狀態(tài)最大的區(qū)別。NRF24L01與單片機接口示例絕對極限參數(shù)工作電壓 VDD············-0.3V+3.6V VSS·············0V輸入電壓 Vi·············-0.3

18、V+5.25V輸出電壓 Vo·············VSSVDD總功耗 (=+85)·······60Mw溫度 工作溫度·········-40+85 存儲溫度·········-40+125注意：強行超過一項或多項極

19、限值使用將導致期間永久性損壞課程設計心得體會我通過這次課設，更加深入的了解了溫度傳感器，無線傳輸模塊，以及52單片機的結構功能和具體應用，也是我們對電路PCB板有了更深的認識，開闊了我們的眼界，豐富了我們的知識，增長了我們的見識。拿到課設題目的時候，看到溫度傳感器首先想到的是DS18B20，數(shù)字總線溫度傳感器。實現(xiàn)遠距離傳輸閃現(xiàn)了三種方案：紅外、無線、延長導線。因為此次為傳感器課程設計，因此首先選擇使用延長導線的方法做到遠距離傳輸，后發(fā)現(xiàn)延長導線帶來的誤差較大。又由于對于紅外和無線模塊的知識不了解，于是向同學咨詢最終決定使用無線模塊。由于單線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，測溫相當準確，我主要時間花在了單片機軟件程序的編輯和調試以及電路模塊的制作方面。在使用NRF24L01進行無線傳輸時，使用的程序是模塊自帶的程序，我所要做的